JP2004080021A - 光学系の調整方法及び装置、露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　ＥＵＶ光を用いた場合においても安定して微細なパターンを転写することができる光学系の調整方法及び装置、露光装置を提供することを例示的目的とする。
【解決手段】　多層膜ミラーを有する光学系の調整方法であって、前記光学系の使用波長の光を用いて、前記光学系の波面収差を計測する第１の計測ステップと、前記使用波長と異なる波長の光を用いて、前記光学系の波面収差を計測する第２の計測ステップと、前記第１の計測結果に基づいて、多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するステップと、前記除去ステップの後に、前記第２の計測結果に基づいて、前記多層膜ミラーを調節するステップとを有することを特徴とする調整方法を提供する。
【選択図】　　　　　図１２

Description

　本発明は、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光する露光装置を調整する調整方法及び装置に関する。本発明は、特に、露光光源として紫外線や軟Ｘ線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ　ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ光）を利用して露光を行う露光装置に好適である。

　フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、マスク（レチクル）に形成された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。

　縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い短波長化が進められ、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と用いられる紫外線光の波長は短くなってきた。

　しかし、半導体素子は急速に微細化しており、紫外線光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで、０．１μｍ以下の非常に微細な回路パターンを効率よく転写するために、紫外線光よりも更に波長が短い、波長１０ｎｍ乃至１５ｎｍ程度の軟Ｘ線（ＥＵＶ光）を用いた縮小投影光学系が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

　ＥＵＶ光の波長領域では、物質による光の吸収が非常に大きくなるので、可視光や紫外線光で用いられるような光の屈折を利用した屈折型光学系は実用的ではなく、ＥＵＶ光を用いた露光装置では光の反射を利用した反射型光学系が用いられる。この場合、マスクも反射鏡の上に吸収体によって転写すべきパターンが形成された反射型マスクが用いられる。

　ＥＵＶ光を用いた露光装置を構成する反射型光学素子としては、光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜反射鏡が用いられる。例えば、精密な形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデン（Ｍｏ）層とケイ素（Ｓｉ：シリコン）層を交互に積層する。かかる層の厚さは、例えば、モリブデン層の厚さは２ｎｍ、ケイ素層の厚さは５ｎｍ程度である。一般に、２種類の物質の層の厚さを加えたものは膜周期と呼ばれ、上記例では膜周期は７ｎｍとなる。

　このような多層膜反射鏡にＥＵＶ光を入射させると、特定の波長のＥＵＶ光が反射される。入射角をθ、ＥＵＶ光の波長をλ、膜周期をｄとすると、近似的には、以下に示す数式１の関係を満足するような波長λを中心とした狭いバンド幅のＥＵＶ光だけが効率よく反射される。このときのバンド幅は、０．６ｎｍ乃至１．０ｎｍ程度である。

　反射されるＥＵＶ光の反射率は最大で０．７程度であり、反射されなかったＥＵＶ光は多層膜中あるいは基板中で吸収され、そのエネルギーの大部分が熱になる。従って、光学系全系での反射率を高めるために多層膜反射鏡の枚数は最小限に抑えることが必要である。

　そこで、ＥＵＶ光に用いられる投影光学系は、４枚乃至６枚程度の多層膜反射鏡で構成され、かかる多層膜反射鏡の反射面は、平面、凸面又は凹面の球面又は非球面の面形状を有する。
特開平１０−７００５８号公報

　しかし、投影光学系の多層膜反射鏡の面形状は、非常に高い精度であることが要求される。例えば、投影光学系を構成する多層膜反射鏡の枚数をｎ、ＥＵＶ光の波長をλとすると、許容される形状誤差σ（ｒｍｓ値）は数式２に示すマレシャルの式で与えられる。

　例えば、投影光学系を構成する多層膜反射鏡を４枚、ＥＵＶ光の波長を１３ｎｍとした場合、形状誤差σは０．２３ｎｍとなる。また、分解能３０ｎｍのパターン転写を行う場合、投影光学系全系に許容される波面収差量は０．４ｎｍ程度である。

　研磨によって形状誤差を上記許容値内に収めることは困難であるし、また、十分に精度良く研磨された多層膜反射鏡であっても自重による変形や複数の多層膜反射鏡を組み合わせるときに生じたアライメントに起因する誤差は避けられない。例えば、"２ｎｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　ＥＵＶ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ｓｏｕｒｃｅ　Ｏｃｔｏｂｅｒ　１７−１９"において発表された「Ａｔ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ａｎ　ＥＵＶＬ　Ｆｏｕｒ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｒｉｎｇ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｙｓｔｅｍ」（Ｇｏｌｄｂｅｒｇ，ｅｔ　ａｌ、ＬＬＢＬ，ＵＣ　Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，ＬＬＮＬ）の内容を参照するに、繰り返しアライメントを行った後でも投影光学系全系を通じて１ｎｍ程度の波面収差が残っている。即ち、投影光学系を構成する多層膜反射鏡（基板）の面形状誤差、アライメント誤差、多層膜反射鏡の自重変形などによって、被処理体（例えば、ウェハなど）面上での波面は、計算により求まる理想的な波面からのずれ、所謂、波面収差を持つ。その結果、投影光学系の結像性能を十分に発揮することができず、解像度の低下やコントラストの低下などが起こり、微細なパターンの転写ができなくなる。

　そこで、本発明は、ＥＵＶ光を用いた場合においても安定して微細なパターンを転写することができる光学系の調整方法及び装置、露光装置を提供することを例示的目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明の一側面としての調整方法は、多層膜ミラーを有する光学系の調整方法であって、前記光学系の使用波長の光を用いて、前記光学系の波面収差を計測する第１の計測ステップと、前記使用波長と異なる波長の光を用いて、前記光学系の波面収差を計測する第２の計測ステップと、前記第１の計測結果に基づいて、多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するステップと、前記除去ステップの後に、前記第２の計測結果に基づいて、前記多層膜ミラーを調節するステップとを有することを特徴とする。

　本発明の別の側面としての調整方法は、多層膜ミラーを有する光学系の調整方法であって、前記多層膜ミラーを調節するステップと、前記調節ステップの後に、前記多層膜ミラーの情報を取得するステップと、前記使用波長での前記光学系の波面収差が低減するように多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するステップと、前記除去ステップの後に、前記情報に基づいて、前記多層膜ミラーを調節するステップとを有することを特徴とする。

　本発明の更に別の側面としての調整方法は、多層膜ミラーを有する光学系の調整方法であって、前記光学系の波面収差を該光学系の使用波長と異なる波長の光を用いて計測するステップと、前記計測ステップで計測した前記波面収差に基づいて、前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するステップとを有することを特徴とする。

　本発明の更に別の側面としての調整装置は、多層膜ミラーを有する光学系の調整装置であって、前記光学系の波面収差を該光学系の使用波長と異なる波長を有する光を用いて計測する計測部と、前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去する除去部と、前記計測部が計測した前記波面収差に基づいて、前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するように前記除去部を制御する制御部とを有することを特徴とする。

　本発明の更に別の側面としての光学系は上述の調整方法を用いて調整されたことを特徴とする。

　本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の調整装置を有することを特徴とする。

　本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光を、上述の光学系を介して被処理体に導いて当該被処理体を露光することを特徴とする。

　本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、該マスクのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有する露光装置において、複数の多層膜ミラーを有する前記投影光学系の波面収差を、露光光の波長と異なる波長を有する光を用いて計測する計測部を有することを特徴とする。

　本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。

　本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

　本発明の調整方法及び装置によれば、多層膜ミラーを有する光学系に発生する全系の波面収差に基づいて、かかる多層膜ミラーの一部を除去することで波面収差を低減し、ＥＵＶ光を用いた場合においても安定して微細なパターンを転写することができる光学系を提供することができる。よって、かかる光学系を用いた露光装置は、高品位なデバイスを露光性能良く提供することができる。

　以下、添付図面を参照して本発明の例示的一態様である光学系の調整装置及び調整方法について説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。ここで、図２は、本発明の調整装置１００の概略ブロック図である。

　調整装置１００は、コーティングミーリングの手法を利用して、多層膜ミラーを有する光学系の調整を行う。コーティングミーリングは、個々の多層膜ミラーの基板面形状の補正方法として、「ＳＵＢ−ｎｍ　Ｆｉｇｕｒｅ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ　Ｍｉｒｒｏｒ　ｂｙ　Ｉｔｓ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｉｌｌｉｎｇ」（Ｍａｓａｋｉ　Ｙａｍａｍｏｔｏ，Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ａ，４６７−４６８（２００１）ｐｐ．１２８２−１２８５）において提案されている。以下、図３乃至図８を参照して、コーティングミーリングについて説明する。

　図３（ａ）に示すように、平坦なミラー基板３１０上に均一に多層膜３２０が成膜されている多層膜ミラー３００に位相の揃った平行光Ａを入射すると、図３（ｂ）に示すように、完全に位相の揃った（即ち、反射波面の揃った）反射光Ｂが得られる。しかし、図４（ａ）に示すように、多層膜３２０の膜数が一層対異なる部分３２０ａからの反射光の波面Ｂ´との比較をする場合、図４（ｂ）に示すように、反射光の波面Ｂ´に位相の違いが生じる。ここで、図３は、膜数が均一な多層膜における入射光と反射波面の関係を示す概略模式図、図４は、膜数が一層対異なる多層膜における入射光と反射波面の関係を示す概略模式図である。

　一方、多層膜ミラーの反射率は、多層膜の周期数に依存する。図５に多層膜ミラーの反射率特性を示す。同図は、横軸に多層膜の周期数を、縦軸に最大値で規格化した反射率を採用している。図５を参照するに、４０層対程度までは多層膜の周期数の増加と共に反射率は大きく増加する。しかし、４０層対以上では反射率はほぼ飽和する。即ち、反射率が飽和した後に、十分な多層膜の周期数が積層された状態、例えば、６０層対程度積層された状態であれば多層膜の周期数の違いにより生じる現象は波面の違いだけである。

　以下、ＭｏＳｉ多層膜ミラーに１３．５ｎｍのＥＵＶ光を入射角１０°で入射した場合において、最上層の多層膜を原点とし、最上層から多層膜を削る場合について考える。多層膜を削る量を除去量と呼ぶ。Ｍｏ／Ｓｉ多層膜ミラーに１３．５ｎｍのＥＵＶ光を入射角１０°で入射した場合における、多層膜の除去量と反射率のグラフを図６（ａ）、多層膜の除去量と波面のずれ量のグラフを図６（ｂ）に示す。一般に、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜ミラーは、Ｍｏの酸化の影響を考慮し、Ｓｉ層を最上層にするため、本実施形態においてもＳｉ層を最上層として計算を行った。図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照するに、多層膜を１層対（６．９９ｎｍ）除去することで、反射光の波面が０．０２５波長程度動くことが分かる。また、波面のずれ量を空間的な反射位置のずれに換算したグラフを図６（ｃ）に示す。ここで、入射光の波長をλ、波面のずれ量をＷとすると、空間的な反射位置のずれＬは以下の数式３により与えられる。

　本実施形態では、図６（ｃ）を参照するに、多層膜を１層対（６．９９ｎｍ）除去することは反射位置が０．２ｎｍ程度動くことに等しい。図６（ａ）から分かるようにコーティングミーリングを行うと、屈折率の関係からＳｉ層に比べ、Ｍｏ層で大きく反射率及び波面が変化する。上述したように、６０層対程度積層していれば、反射率は多層膜の周期に関して飽和しているので、１周期膜厚を取り除くと反射率は変化せずに波面だけが変化する。

　図３乃至図６を参照して説明した関係を用いれば、多層膜ミラーの基板面形状の０．２ｎｍ程度の補正を、多層膜を一層対（６．９９ｎｍ）除去することで容易に達成することができる。

　例えば、図７（ａ）に示すように、歪んだミラー基板４１０に均一な多層膜４２０が成膜された多層膜ミラー４００の場合を考える。コーティングミーリングは位相を遅らせる手法であるので、もっとも位相の遅れている多層膜ミラー４００のＡ点を原点としてコーティングミーリングを行う。図６で示したように、Ｓｉ層で波面の変化は少なく、Ｍｏ層で大きく波面が変化するが、上述したようにＭｏ層は酸化に弱い。このため特殊なコーティングをしない場合は、Ｍｏ層の中間でコーティングミーリングを終えて連続的に波面を調整するのは望ましくない。よって、図７（ｂ）に示すように、ＭｏとＳｉをあわせた層を１層対ずつ取り除き不連続的に波面を調整する。Ｓｉ層に関しては酸化されにくくまた波面に大きな影響を及ぼさないためＳｉ層の中間でコーティングミーリングを終えたとしてもかまわない。上述したように、１３．５ｎｍのＥＵＶ光を入射角１０°で入射した場合、多層膜を１層対（６．９９ｎｍ）ずつ除去することで０．２ｎｍ刻みで、空間的な反射位置すなわちミラー基板の形状誤差を補正することができる。ここで、図７は、歪んだミラー基板４１０に均一な多層膜４２０が成膜された多層膜ミラー４００の概略断面図であって、図７（ａ）は、コーティングミーリングを施す前の多層膜ミラー４００、図７（ｂ）は、コーティングミーリングを施した後の多層膜ミラー４００を示す。

　図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照するに、Ｂ点におけるミラー基板４１０の形状がＡ点から見て０．４ｎｍの形状誤差をもち、Ｃ点が０．２ｎｍの形状誤差をもつ場合、Ｂ点の多層膜４２０を２層対除去し、さらにＣ点の多層膜４２０を１層対除去することでミラー基板４１０の形状誤差に起因する波面収差が補正できる。

　同様に、例えば、図８（ａ）に示すように、端部Ｅ点に比べ中心部Ｆ点が盛り上がっているミラー基板５１０に均一な多層膜５２０が成膜された多層膜ミラー５００の場合を考える。ここでは多層膜ミラー５００のＥ点の位相が相対的に最も遅れているので、Ｅ点を原点としてコーティングミーリングを行う。図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照するに、端部Ｅ点と中心部Ｆ点とのミラー基板５１０の形状誤差が０．４ｎｍ程度でその間が連続的に変化している場合、中心部Ｆ点の多層膜５２０を２層対除去する。さらに、その両脇を１層対除去することで基板の形状誤差に起因する波面収差が補正できる。いずれの例においても、コーティングミーリングを行うには多層膜の膜数を減少させても反射率が減少しないように十分な膜数を積層させるのが好ましい。ここで、図８は、端部Ｅ点に比べ中心部Ｆ点が盛り上がっているミラー基板５１０に均一な多層膜５２０が成膜された多層膜ミラー５００の概略断面図であって、図８（ａ）は、コーティングミーリングを施す前の多層膜ミラー５００、図８（ｂ）は、コーティングミーリングを施した後の多層膜ミラー５００を示す。

　調整装置１００は、図２によく示されるように、計測部１１０と、除去部１２０と、制御部１３０とを有する。

　計測部１１０は、光学系の全体の波面収差を計測し、例えば、点回折干渉計などの波面収差計測装置（ＰＤＩ：Ｐｏｉｎｔ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）で構成される。以下、露光装置の投影光学系を光学系とした例を基にＰＤＩの説明をする。露光装置のマスク面に相当する面上にピンホールを置き、該ピンホールから光（軟Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線など）の球面波を発生させる。ピンホール下流に位置する回折格子によりビームを２分割し、一方を、投影光学系を通過させてウェハ面位置の検出器に導き、残りの一方を参照波面として検出器に導く。

　２つの波面を検出器面上で干渉させることで投影光学系によって生じる波面収差を観測する。上記の手法で、ウェハ面上のある一点に関する波面収差の観測が終了する。マスク相当面上のピンホールの位置を移動してマスクの照明領域全面にわたって波面収差を観測し、投影光学系の全体の波面収差を計測する。

　除去部１２０は、例えば、スパッタリングやイオンビームミーリングによって、多層膜の一部を除去する。スパッタリングは、加速したイオンを多層膜ミラーの表面（即ち、多層膜）に入射して原子を剥ぎ取ることによって多層膜を除去する。イオンビームミーリングは、イオン源を正電位状態に保ち、不活性ガスを用いてプラズマを発生させ、イオン源より不活性ガスイオンを引き出し多層膜ミラーに照射しエッチングを行う。

　制御部１３０は、計測部１１０と除去部１２０に接続され、計測部１１０が計測した波面収差に基づいて、多層膜を除去する条件（即ち、除去領域及び除去量）を決定すると共に、決定した条件に従って多層膜ミラーの一部を除去するように除去部１２０を制御する。また、制御部１３０は、計測部１１０が計測した波面収差に基づいて、多層膜ミラーの調整量（即ち、位置及び角度）を算出する。

　以下、図１を参照して、実施例１としての上述の調整装置１００を利用した本発明の調整方法１０００を説明する。図１は、本発明の調整方法を説明するためのフローチャートである。ここでは、Ｍｏ／Ｓｉ多層膜ミラーで構成される露光装置の投影光学系の調整を例に説明する。

　まず、マレシャルの式で示したように、投影光学系の各々のＭｏ／Ｓｉ多層膜ミラーのミラー基板の面精度を十分な精度で研磨する（ステップ１００２）。十分な精度で研磨が完成したミラー基板にＭｏとＳｉを交互に積層し多層膜を成膜する（ステップ１００４）。例えば、全ミラーに、Ｍｏ層の厚さが２ｎｍ、Ｓｉ層の厚さが５ｎｍ程度の多層膜を成膜する。

　次に、多層膜を成膜した多層膜ミラーを投影光学系の鏡筒へ組み込む（ステップ１００６）。そして、計測部１１０により、投影光学系を通じた波面収差をウェハ面上で計測する（ステップ１００８）。かかる投影光学系をＥＵＶ光の波長領域で用いる場合、用いる波長と同じＥＵＶ光を用いて波面収差を計測する。

　計測した収差波面と許容量を比較し（ステップ１０１０）、波面収差が許容量の範囲内、例えば、分解能３０ｎｍの転写を行う場合、０．４ｎｍ以下であれば鏡筒への組み込み作業を完了とする。波面収差が許容量以上の場合は、ミラー位置の調整回数と規定回数を比較し（ステップ１０１２）、規定回数内の場合、制御部１３０により、測定した波面収差の結果からミラーのアライメント調整量（即ち、ミラーの位置及び／又は角度）を算出する（ステップ１０１４）。制御部１３０は、予め計算で各ミラーの回転および移動により発生する波面の変化を変化表として示し、その変化表を用いても良い。

　制御部１３０は、算出されたアライメント調整量に基づいて、投影光学系のミラー調整を行う（ステップ１０１６）。算出された量のミラー調整を行った後に計測部１１０により波面収差を測定する（ステップ１００８）。波面収差が許容値以下であれば（ステップ１０１０）、組み込み作業を完了とし、許容値以上であれば（ステップ１０１０）、計測部１１０による波面収差の測定（ステップ１００８）からミラー調整（ステップ１０１６）までの手順を繰り返す。投影光学系で発生する波面収差が最小となるようにアライメントを行う。しかし、ミラー基板の面形状誤差や、ミラーの自重によるたわみなどによって発生する波面収差を全てミラー位置の調整で取り除くことは困難であるのでミラーの位置調整を行う規定回数を定めて行う。

　ミラー位置調整の規定回数に達しても波面収差の量が許容値以上であれば（ステップ１０１２）、前述したコーティングミーリングを行う。

　計測部１１０によりウェハ面上で測定される波面収差は投影光学系全系に関しての波面収差である。個々のミラーに関してコーティングミーリングを行う必要はなく、所定のミラーを選びそのミラーにコーティングミーリングを行って投影光学系全系の波面収差補正を行う。その所定のミラーは１枚に限らず複数枚であっても良い。制御部１３０は、波面収差の計測結果からミラーの多層膜の一部を除去する条件（即ち、補正量及び補正場所）を決定する（ステップ１０１８）。鏡筒からコーティングミーリングを行うミラーを取り出し、除去部１２０により所望の場所の多層膜をミラーから取り除く（ステップ１０２０）。

　コーティングミーリングを行ったミラーを鏡筒へ組み込み（ステップ１００６）、計測部１１０による波面収差の計測（ステップ１００８）からミラー調整（ステップ１０１６）までの手順を繰り返す。波面収差が許容値以下にならない場合は、更にコーティングミーリングにより補正を行い、同様のステップを繰り返す。

　ステップ１００８からステップ１０２０までの手順を繰り返し、全系の波面収差が許容量以下になった時点で光学系の調整が終了となる。

　なお、この後、露光波長と波長の異なる光（紫外線、可視光、赤外線）により投影光学系の波面収差を測定してミラーの情報（ミラーの角度や位置に関する情報）を取得し、そのミラーの情報に基づいて、後述する露光装置自体に搭載した露光光と異なる光を用いる波面収差計測装置で波面収差を計測しながら投影光学系を露光装置に組み込んだり、多層膜ミラーの位置や角度の調整をしたりしてもよい。

　紫外線光、可視光、赤外線光によってかかる投影光学系の波面収差を計測する場合、一度コーティングミーリングを行った後に再度それらの光（紫外線、可視光、赤外線）でミーリングした領域の波面を計測するのは困難である。コーティングミーリングを行った領域は多層膜に段差ができており、紫外線、可視光、赤外線で波面を観測すると波面が大きくずれて観測され、ＥＵＶ波長の波面収差とは異なって観測される。よって、紫外線、可視光、赤外線によって波面収差を計測する場合、上記説明したようにステップ１００６からステップ１０２０までの手順を繰り返して複数回のミーリングを行うことは困難である。

　そこで、以下のような方法で光学系の調整を行えばよく、図１２を参照して、その紫外線、可視光、赤外線によって波面収差を計測する場合の光学系調整過程を説明する。ステップ１０１６までの手順は、図１を用いて説明したＥＵＶ光を用いて波面収差を計測する場合と同じであり、ステップ１００８においては、露光波長での光波面収差計測が行われる。

　また、図１２においても、ミラー位置調整の規定回数に達しても波面収差の量が許容値以上であれば（ステップ１０１２）、前述したコーティングミーリングを行う。ここで、コーティングミーリングを行う前に、露光波長以外の光を用いた前述の波面収差計測装置により、光学系の波面計測を行いミラーの情報（ミラーの角度や位置に関する情報）を取得しておく（ステップ１０１７）。後のステップ１０２０、１０２２で、ミラーを鏡筒から取り出しコーティングミーリングを行い、ミーリング終了時に再度鏡筒に組み込むのであるが、その際にミラー位置等を再現させるために、その情報を使用する。ここでは露光波長以外の光を用いた干渉計を用いたが、ミラーの位置が再現できるのであればこの手段に限らない。露光波長以外の光とは例えば紫外線光、可視光、赤外線光である。

　計測部１１０により波面収差を測定し、その計測結果から制御部１３０はミラーの多層膜の一部を除去する条件を決定する（ステップ１０１８）。鏡筒からコーティングミーリングを行うミラーを取り出し、除去部１２０により所望の場所の多層膜をミラーから取り除く（ステップ１０２０）。

　さらに、光学系へミラーを組み込み（ステップ１０２２）、露光波長以外の光で波面収差を測定する（ステップ１０２４）。ここで、上述したようにコーティングミーリングを行った後に計測される波面はステップ１０１７で計測した波面とは大きくずれて観測される。

　そこで、コーティングミーリングを行った領域は除去して波面収差を測定する。コーティングミーリングを行った領域を除去する方法としては、多層膜ミラーのコーティングミーリングを行った領域に入射又は反射する光を遮蔽するマスクを設けても良いし、波面の測定データのうちコーティングミーリングを行った領域からの波面に相当するデータをデータ処理の際に除去しても構わない。

　計測した波面収差と許容値を比較し（ステップ１０２６）許容値以下であれば光学系の調整が終了となる。許容値以上の場合は、ミラー位置の調整回数と規定回数を比較する（ステップ１０２８）。規定回数内の場合、アライメントによる調整（ステップ１０２２からステップ１０３２）を繰り返す。なお、許容値はステップ１０１７で求めたミラーの情報に基づいて決定される。

　ミラー位置調整の規定回数に達しても波面収差の量が許容値以上であれば（ステップ１０２８）、光学素子研磨（１００２）からの手順を再度行う。

　かかる調整方法を用いることで、波面収差の補正された投影光学系が実現される。

　実施例１及び２においてはステップ１００８において波面収差計測を露光波長、すなわちＥＵＶ光において行った。露光波長での波面計測はたとえばシンクロトン光源などの大型設備が必要となることがある。しかし、露光波長以外の光（紫外線光、可視光、赤外線光等）によって計測された波面と、露光波長で計測された波面との関係が既知の場合、露光波長以外の光での波面計測のみで露光波長の場合の波面の情報を得ることができ、そのような大型設備が必要とならない。

　露光波長以外の光によって計測された波面と、露光波長で計測された波面との関係はシミュレーション等により求めることが可能である。例えばＥＵＶ光での理想的な結像性能を持った光学系を仮定する。次にその光学系において、シミュレーションにより可視光を用いた場合の結像面上での波面収差を計算する。そして、可視光を用いて実測された波面収差と、上記シミュレーションでの波面収差の差の２乗和を取り、それが最小となるようにすることで、ＥＵＶ光に換算した場合の波面収差が低減される。

　また、露光波長以外の光を用いて計測された波面収差から、露光波長で計測された波面収差への換算式を実験的に求めても良い。例えば基準となる鏡筒を用意し、ＥＵＶ光を用いて波面収差を計測し、露光に十分な精度まで波面収差を低減しておく。次に例えば可視光を用いてその基準となる鏡筒の波面収差を計測する。ＥＵＶ、可視光の結像面での波面収差をツェルニケの多項式に展開し、その差分を求めておく。

　調整時には可視光で波面収差を計測し、その波面収差をツェルニケの多項式に展開し、既知の差分を加えることでＥＵＶ光での波面収差を求めることができる。

　いずれの場合にせよ、露光波長以外の光（紫外線光、可視光、赤外線光等）による波面計測から露光波長での波面の情報を得ることができる。

　実施例３における光学系調整過程を図１４に示す。ステップ１００６の光学系組立までの手順は実施例１及び変形例での調整過程と同じである。ステップ１００８での波面計測は露光波長以外の光により行われる。計測された波面はステップ１００９において前述したような方法により露光波長で計測される波面に換算される。その換算された波面収差量が許容値以下になるように調整が行われる。

　以下の調整過程は図１２に示す実施例１での調整過程と同じであるが、図１４中の露光波長以外での波面計測ステップ１０１７は図１４中のステップ１００８の波面計測で代替可能であるので省略しても構わない。

　本実施例では一度、可視光とＥＵＶ光との波面収差の関係を求めておけば、以降は可視光での波面計測だけでＥＵＶ光の波面収差を低減した光学系を得ることができる。よって生産時にシンクロトン光源などの大型設備が必要なく、簡便な装置だけで高い結像性能を持った露光装置が実現される。

　以上の実施例１〜３では、光学系組立（ステップ１００６、ステップ１０２２）のための波面収差の測定（ステップ１００８、１０２４）を調整装置１００により実行していた。しかし、その場合、調整装置１００で投影光学系を最終調整した後、更にその投影光学系を露光装置に組み込む工程が必要となってしまう。従って、その際にまた、その投影光学系に収差が発生してしまうことがありうる。

　そこで、露光装置自体に上述のＰＤＩを搭載して、光学系組立及び波面収差測定を実行しても良い。

　その場合の、具体的な波面収差の測定の方法について、後に詳細を説明する図９の露光装置７００を基に説明する。

　まず、露光装置の投影光学系７３０にミラーを組み込む（ステップ１００６、ステップ１０２２）。

　次に、ウェハステージ７４５及びマスクステージ７２５を駆動し、ウェハステージ上のＰＳ／ＰＤＩマスク７７８とマスクステージ上のピンホール７７６の夫々を露光領域に配置する。それぞれは露光時のマスク位置、ウェハ位置の一点に対応する。

　そして、露光光と異なる波長の光（紫外線、可視光、赤外線等）を発生する光源７７０からの光をファイバー７７２でマスクステージ７２５に設けたピンホール７７６まで導き、そのピンホールから球面波を発生させる。さらに、不図示のグレーティングステージに搭載された回折格子７７４でその球面波を２つに分割し、投影光学系７３０、ウェハステージ７４５上の図１３に示したＰＳ／ＰＤＩマスク７８０を介し検出手段（ＣＣＤ等）でその分割されたそれぞれの光を干渉させて検出することにより、投影光学系７３０の波面収差を露光装置上で測定することができる（ステップ１００８、１０２４）。ここで、図１３は、ウェハステージ７４５上に設けたＰＳ／ＰＤＩマスク７８０を表す図であり、７８１が開口である。コーティングミーリングのための波面収差の測定にＥＵＶ光を用いた場合であっても、その後の光学系組立及び波面収差測定をこのように露光装置に搭載した露光波長以外の光を用いた波面収差計測装置により実行することが可能である。

　なお、前述の露光光を用いて波面収差の測定をする場合（図１及び図１２のステップ１００８）には、マスクステージにマスク７２０の代わりにピンホール板を置き、同様に波面収差を計測することが可能である。

　以下、図９を参照して、本発明の例示的な露光装置７００について説明する。ここで、図９は、本発明の例示的な露光装置７００の概略構成図である。本発明の露光装置２００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、ステップ・アンド・スキャン方式の露光を行う投影露光装置である。

　図９を参照するに、露光装置７００は、照明装置７１０と、マスク（レチクル）７２０と、マスク７２０を載置するマスクステージ７２５と、投影光学系７３０と、被処理体７４０と、被処理体Ｗを載置するウェハステージ７４５と、アライメント検出機構７５０と、フォーカス位置検出機構７６０とを有する。

　また、図９に示すように、ＥＵＶ光は大気に対する透過率が低いため、少なくともＥＵＶ光が通る光路は真空雰囲気Ａであることが好ましい。

　照明装置７１０は、投影光学系７３０の円弧状の視野に対応する円弧状のＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）によりマスク７２０を照明する照明装置であって、ＥＵＶ光源７１２と、照明光学系７１４より構成される。

　ＥＵＶ光源７１２は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方が良く、通常数ｋＨｚの繰り返しで運転される。

　照明光学系７１４は、集光ミラー、オプティカルインテグレーターなどから構成される。集光ミラーはレーザープラズマからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光を集める役割を果たす。オプティカルインテグレーターはマスクを均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。またマスクの照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャが設けられる。

　マスク７２０は、反射型マスクで、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、マスクステージ７２５に支持及び駆動される。マスク７２０から発せられた回折光は、投影光学系７３０で反射されて被処理体７４０上に投影される。マスク７２０と被処理体７４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置７００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク７２０と被処理体７４０を走査することによりマスク７２０のパターンを被処理体７４０上に縮小投影する。

　マスクステージ７２５は、マスク７２０を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ７２５は、当業界周知のいかなる構成をも適用することができる。図示しない移動機構はリニアモーターなどで構成され、少なくともＸ方向にマスクステージを駆動することでマスク７２０を移動することができる。露光装置７００は、マスク７２０と被処理体７４０を同期した状態で走査する。ここで、マスク７２０又は被処理体７４０面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、マスク７２０又は被処理体７４０面に垂直な方向をＺとする。

　投影光学系７３０は複数の反射ミラー（即ち、多層膜ミラー）を用いて、マスク７２０面上のパターンを像面上に縮小投影する。ミラー枚数は４枚乃至６枚程度である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、マスク７２０と被処理体７４０を同時に走査して広い面積を転写する。投影光学系７３０の開口数ＮＡは、０．１乃至０．３程度である。かかる投影光学系７３０を構成する多層膜ミラーの調整に前述した本発明の調整装置１００及び調整方法１０００を適用することができ、波面収差が低減され、優れた結像性能を発揮する。

　被処理体７４０は、本実施形態ではウェハであるが、球状半導体、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体７４０には、フォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。

　ウェハステージ７４５は、ウェハチャックによって被処理体７４０を支持する。ウェハステージ７４５は、例えば、リニアモーターを利用してＸＹＺ方向に被処理体７４０を移動する。マスク７２０と被処理体７４０は、同期して走査される。また、マスクステージ７２５とウェハステージ７４５の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。

　アライメント検出機構７５０によってマスク７２０の位置と投影光学系７３０の光軸との位置関係、および被処理体７４０の位置と投影光学系３００の光軸との位置関係が計測され、マスク７２０の投影像が被処理体７４０の所定の位置に一致するようにマスクステージ７２５およびウェハステージ７４５の位置と角度が設定される。

　また、フォーカス位置検出機構７６０によって被処理体７４０面でＺ方向のフォーカス位置が計測され、ウェハステージ７４５の位置及び角度を制御することによって、露光中は常時被処理体７４０面を投影光学系７３０による結像位置に保つ。

　露光において、照明装置７１０から射出されたＥＵＶ光はマスク７２０を照明し、マスク７２０面上のパターンを被処理体７４０面上に結像する。本実施携帯において、像面は円弧状（リング状）の像面となり、マスク７２０と被処理体７４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、マスク７２０の全面を露光する。

　次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置７００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

　図１１は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置７００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

　以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、光学系であって多層膜ミラーとそれ以外の光学要素（レンズ、回折格子等）を有するものにも適用できる。また、例えば、本発明は、ＡｒＦエキシマレーザーやＦ２レーザーなどの波長２００ｎｍ以下の紫外線用の投影光学系に適用することもでき、大画面をスキャン露光する露光装置にもスキャンしない露光をする露光装置にも適用可能である。

本発明の調整方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の調整装置の概略ブロック図である。 膜数が均一な多層膜における入射光と反射波面の関係を模式的に示す断面図である。 膜数が一層対異なる多層膜における入射光と反射波面の関係を模式的に示す断面図である。 多層膜ミラーの反射率特性を示すグラフである。 多層膜ミラーの多層膜の一部を除去した際の効果を示すグラフである。 歪んだミラー基板に均一な多層膜が成膜された多層膜ミラーの概略断面図である。 端部に比べて中心部が盛り上がっているミラー基板に均一な多層膜が成膜された多層膜ミラーの概略断面図である。 本発明の例示的な露光装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の露光装置を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１０に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 本発明の調整方法を説明するためのフローチャートである。 ＰＳ／ＰＤＩマスクを表す概略平面図である。 本発明の調整方法を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１００　　　　　　調整装置
１１０　　　　　　計測部
１２０　　　　　　除去部
１３０　　　　　　制御部
７００　　　　　　露光装置
７１０　　　　　　照明装置
７２０　　　　　　マスク
７３０　　　　　　投影光学系
７４０　　　　　　被処理体
７５０　　　　　　アライメント検出機構
７６０　　　　　　フォーカス位置検出機構

Claims (18)

1. 　多層膜ミラーを有する光学系の調整方法であって、
   　前記光学系の使用波長の光を用いて、前記光学系の波面収差を計測する第１の計測ステップと、
   　前記使用波長と異なる波長の光を用いて、前記光学系の波面収差を計測する第２の計測ステップと、
   　前記第１の計測結果に基づいて、多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するステップと、
   　前記除去ステップの後に、前記第２の計測結果に基づいて、前記多層膜ミラーを調節するステップとを有することを特徴とする調整方法。
2. 　多層膜ミラーを有する光学系の調整方法であって、
   　前記多層膜ミラーを調節するステップと、
   　前記調節ステップの後に、前記多層膜ミラーの情報を取得するステップと、
   　前記使用波長での前記光学系の波面収差が低減するように多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するステップと、
   　前記除去ステップの後に、前記情報に基づいて、前記多層膜ミラーを調節するステップとを有することを特徴とする調整方法。
3. 　多層膜ミラーを有する光学系の調整方法であって、
   　前記光学系の波面収差を該光学系の使用波長と異なる波長の光を用いて計測するステップと、
   　前記計測ステップで計測した前記波面収差に基づいて、前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するステップとを有することを特徴とする調整方法。
4. 　前記除去ステップは、前記計測ステップで計測した前記波面収差を前記光学系の前記使用波長での波面収差に換算し、該換算した波面収差が低減するように、前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去することを特徴とする請求項３記載の調整方法。
5. 　前記除去ステップは、予め実験又はシミュレーションにより得た、前記使用波長と異なる波長での前記光学系の波面収差と前記使用波長での前記光学系の波面収差との関係に基づいて、前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去することを特徴とする請求項３記載の調整方法。
6. 　前記除去ステップの後、前記光学系の波面収差を前記使用波長以外の光を用いて計測する再計測ステップを更に有することを特徴とする請求項１又は２記載の調整方法。
7. 　前記除去ステップの後、前記光学系の波面収差を前記使用波長以外の光を用いて計測する再計測ステップと、
   　前記再計測ステップの計測結果に基づいて、前記多層膜ミラーを調節するステップとを更に有することを特徴とする請求項３記載の調整方法。
8. 　前記除去ステップの後、前記多層膜ミラーの多層膜の一部が除去された領域を除いた前記光学系の波面収差を使用波長以外の光を用いて計測する再計測ステップを更に有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の調整方法。
9. 　前記再計測ステップでは、前記多層膜ミラーの多層膜の一部が除去された領域にマスクをすることで計測を行うことを特徴とする請求項８記載の調整方法。
10. 　前記再計測ステップでは、計測データのうち前記多層膜ミラーの多層膜の一部が除去された領域に相当するデータをデータ処理の際に除くことを特徴とする請求項８記載の調整方法。
11. 　前記使用波長と異なる波長の光は、紫外線、可視光又は赤外線であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の調整方法。
12. 　前記多層膜ミラーを調節するステップでは、前記多層膜ミラーの位置又は角度を調整することを特徴とする請求項１又は２記載の調整方法。
13. 　多層膜ミラーを有する光学系の調整装置であって、
    　前記光学系の波面収差を該光学系の使用波長と異なる波長を有する光を用いて計測する計測部と、
    　前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去する除去部と、
    　前記計測部が計測した前記波面収差に基づいて、前記多層膜ミラーの多層膜の一部を除去するように前記除去部を制御する制御部とを有することを特徴とする調整装置。
14. 　請求項１３記載の調整装置を有することを特徴とする露光装置。
15. 　請求項１乃至１２のうちいずれか一項記載の調整方法を用いて調整されたことを特徴とする光学系。
16. 　光源からの光を、請求項１５記載の光学系を介して被処理体に導いて当該被処理体を露光することを特徴とする露光装置。
17. 　光源からの光でマスクを照明する照明光学系と、該マスクのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有する露光装置において、
    　複数の多層膜ミラーを有する前記投影光学系の波面収差を、露光光の波長と異なる波長を有する光を用いて計測する計測部を有することを特徴とする露光装置。
18. 　請求項１６又は１７記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    　露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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